Apresentando o Cropbox: uma estrutura declarativa de modelagem de culturas

As estruturas de modelagem de culturas simplificam os fluxos de trabalho de modelagem, desde a execução de simulações até a visualização de resultados e avaliação de modelos, fornecendo ferramentas úteis que suportam o desenvolvimento, troca e reutilização de componentes de modelos de culturas. Os modeladores podem usar estruturas com pouca sobrecarga para compreensão detalhada da programação subjacente ou precisam acessar e modificar a plataforma.

Frameworks dão aos modeladores de culturas a capacidade de:

• definir modelos de maneira conveniente
• testar hipóteses alternativas no mesmo modelo
• trocar componentes do modelo entre diferentes plataformas
• organizar simulações complexas em vários cenários
• compare a saída e o desempenho do modelo

O pesquisador de pós-doutorado Kyungdahm Yun e o professor Soo-Hyung Kim, ambos da Universidade de Washington, apresentam Cropbox, uma estrutura de modelagem de cultura declarativa, em novo artigo publicado na in silico Plantas.

Embora muitas estruturas de cultivo tenham sido criadas, mais recentemente,  Cortar2ML, CPlantBoxGenericNamee Yggdrasil, Cropbox é o único que fornece uma linguagem específica de domínio simples e ferramentas úteis para dar suporte a todo um ciclo de desenvolvimento de modelo. “A estrutura foi criada para oferecer suporte a um fluxo de trabalho exploratório com uma quantidade mínima de codificação em um ambiente de desenvolvimento interativo. Esperamos que permita que qualquer pessoa interessada em modelagem faça “modelagem” com pouca necessidade de se preocupar com detalhes técnicos.”

Especificações

• Ele fornece uma sintaxe declarativa semelhante a fórmulas matemáticas para definir componentes e variáveis ​​do modelo (veja a figura).
• Converte e valida automaticamente as unidades de medida.
• Ele traduz as especificações do modelo em Julia código. Julia é uma nova linguagem de programação projetada para computação científica e equipada com pacotes poderosos que lidam com gerenciamento de dados, conversão de unidades, estatísticas e visualização 3D.

Simulações

• Ele fornece uma interface unificada para executar modelos e gerar saídas em um formato padrão.
• Ele suporta uma construção programática de configurações para definir valores de parâmetros.
• Ele permite simulações em larga escala usando processamento paralelo automático.

Avaliação

• Ele fornece métricas comuns para avaliação de modelos, como RMSE (raiz do erro quadrático médio) e eficiência do modelo de Nash-Sutcliffe, também conhecido como eficiência do modelo (EF).
• Ele suporta a calibração automática do modelo usando um método de otimização global.

Visualização

• Ele oferece suporte a várias opções de plotagem prontas para uso em ambientes Jupyter baseados na Web e REPL baseados em texto.
• Ele permite a manipulação interativa da saída do modelo por meio da interface gráfica do usuário.
• Ele pode oferecer suporte a visualizações mais poderosas (por exemplo, renderização em 3D) por meio de pacotes externos do Julia.

Os autores fornecem três aplicativos de exemplo em que modelos existentes escritos em C++ foram reimplementados no Cropbox: um C acoplado₃ e C₄ modelo de troca de gás de folha, um modelo de cultivo baseado em processo para alho e um modelo de arquitetura de raiz 3D. Esses exemplos demonstram fluxos de trabalho simplificados e menos código usando o Cropbox.

Yun conclui: “Prevemos que o Cropbox se tornará uma caixa de ferramentas versátil para os modeladores de culturas construírem, melhorarem e aplicarem modelos de culturas de maneiras que ainda não foram vistas. Também esperamos que a Cropbox se torne um agente que esbate as linhas entre usuários de modelos e desenvolvedores de modelos, com menos obstáculos técnicos.”

LEIA O ARTIGO:

Kyungdahm Yun, Soo-Hyung Kim, Cropbox: uma estrutura de modelagem de cultura declarativa, in silico Plants, Volume 5, Edição 1, 2023, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diac021

A estrutura de código aberto, Cropbox, está disponível gratuitamente em https://github.com/cropbox/Cropbox.jl. Lá, os leitores também podem encontrar exemplos adicionais de uso.